La primitiva ermita se convirtió bien pronto en la pequeña iglesia gótica que resistió, con retoques y ampliaciones, hasta los primeros años del s.XVI, en el que se combinaron la piedra, el ladrillo y el yeso para formar la actual estructura ecléctica: con muros exteriores, aleros y estribos, de la más primorosa factura mudéjar del siglo XVI, con bóvedas estrelladas del más legítimo gótico aragonés, y con atrevidísimos arcos rebajados(como el del coro) en los que se admira el equilibrio estático del Renacimiento. La construcción se llevó a cabo en dos períodos. Entre los años 1513 y 1549, por iniciativa del reverendísimo padre Jaime Llorens de la Mata, se hizo el local sagrado desde el presbiterio hasta el lugar que hoy ocupa el púlpito, y, en 1603, siendo comendador el padre Jaime Durango, se construyó el resto del templo con su atrio.

La iglesia es de una sola nave(de 25 por 9´33 metros) con dos capillas a cada lado. En el retablo del ábside preside la imagen de Santa María de El Olivar. El presbiterio está separado del resto de la iglesia por una barandilla de hierro, y en el primer rellano del presbiterio(al pie de las gradas que condicen al altar), en medio del pavimento, están las dos pesadas puertas de madera de la trapa que oculta la escalera por la que se desciende a la cripta-panteón de los ilustres protectores del monasterio y de los religiosos que padecieron glorioso martirio en 1936. En los muros laterales de dicho presbiterio se abren dos vanos: el de la derecha franquea el paso a la sacristía nueva y el de la izquierda deja patente un pasadizo que conduce a la sacristía vieja y al cementerio de los religiosos, construido por el padre Juan Herrero, en 1709.